中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
摘要
電力系統(tǒng)消納能力已成為影響新能源發(fā)展節(jié)奏的一大主線。
歐洲：歐洲電源靈活性、電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性基礎(chǔ)較好，時(shí)段性電力供過(guò)于求是其當(dāng)前面臨的主要消納問(wèn)題。以德國(guó)為代表的歐洲國(guó)家傳統(tǒng)電源退出計(jì)劃逐步明確，為新能源市場(chǎng)提供了新增發(fā)展空間。在釋放的空間中，分布式收益端有一定保障且并網(wǎng)流程簡(jiǎn)單，滲透消納前景向好。
美國(guó)：美國(guó)新能源消納的主要瓶頸在于跨區(qū)輸電能力不足，電網(wǎng)堵塞導(dǎo)致新能源棄電。同時(shí)并網(wǎng)流程復(fù)雜，當(dāng)前并網(wǎng)周期長(zhǎng)達(dá)5年。為加快新能源并網(wǎng)與廣域消納，美國(guó)開(kāi)始推進(jìn)新能源及輸電線路審批簡(jiǎn)化政策，但部分政策仍在提案階段，優(yōu)化進(jìn)展需要進(jìn)一步觀察。
中國(guó)：中國(guó)電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)靈活性條件均在改善，我們通過(guò)電力電量平衡測(cè)算2024、25年新能源年均可消納規(guī)模225GW左右，若允許5%/10%棄電，可消納量達(dá)240/260GW左右，總量上仍可維持較高裝機(jī)水平。但結(jié)構(gòu)性消納矛盾或?qū)⒓又?，送端地區(qū)新能源裝機(jī)規(guī)劃與跨區(qū)輸電線路、配套電源出現(xiàn)時(shí)序錯(cuò)配概率較大，棄電水平或階段性提升。
風(fēng)險(xiǎn)
電力系統(tǒng)靈活性建設(shè)不及預(yù)期，政策推進(jìn)不及預(yù)期，美國(guó)降息不及預(yù)期。
正文
如何理解電力系統(tǒng)對(duì)新能源的消納空間
近期，新能源快速滲透的幾個(gè)主要國(guó)家/地區(qū)均開(kāi)始面臨電力系統(tǒng)對(duì)新能源消納能力不足的問(wèn)題，如歐美缺少輸電容量導(dǎo)致新能源并網(wǎng)排隊(duì)[1]，頻繁出現(xiàn)負(fù)電價(jià)[2]；美國(guó)部分滲透率較高地區(qū)午間新能源供過(guò)于求問(wèn)題突出，出現(xiàn)凈負(fù)荷“鴨子曲線”及大規(guī)模棄電[3]；國(guó)內(nèi)部分地區(qū)因配網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題提示分布式光伏承載能力不足[4]等。
如何理解電力系統(tǒng)消納能力，消納能力不足是否會(huì)影響新能源未來(lái)增速？歐洲、美國(guó)、中國(guó)等新能源快速發(fā)展地區(qū)消納基礎(chǔ)和未來(lái)幾年滲透消納前景如何？本篇中，我們從靈活性、供需關(guān)系、運(yùn)行穩(wěn)定性三個(gè)維度理解電力系統(tǒng)消納能力，并通過(guò)分析歐洲、美國(guó)、中國(guó)市場(chǎng)關(guān)鍵影響因素的邊際變化研判新能源發(fā)展趨勢(shì)及消納空間。
消納空間分析框架
電力系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力存在供需關(guān)系、靈活性、安全穩(wěn)定運(yùn)行要求三重限制邊界。
供需關(guān)系是決定消納能力的底線。用電需求增量一定程度上決定了電力系統(tǒng)需要新增新能源供給的體量。雖然可以通過(guò)降低常規(guī)機(jī)組出力讓出新能源供給空間，但由此帶來(lái)的系統(tǒng)成本也存在一定疏導(dǎo)瓶頸；
靈活性不足可能導(dǎo)致系統(tǒng)消納新能源容量的能力更低。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)荷低谷時(shí)段的電力平衡，系統(tǒng)需要足夠的靈活性實(shí)現(xiàn)上下調(diào)節(jié)，但靈活性能力存在邊界，這決定了一定電網(wǎng)范圍內(nèi)新能源消納存在限制。很多情況下，就算電量供需能夠平衡，但靈活性不足可能導(dǎo)致消納能力更低；
消納空間還受到電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性要求限制。大規(guī)模新能源接入還可能導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足，電壓、頻率穩(wěn)定性降低，或反向送電帶來(lái)線路設(shè)備過(guò)載等。這些問(wèn)題的嚴(yán)重程度與接入規(guī)模、接入位置、電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及設(shè)備基礎(chǔ)等因素相關(guān)，是更加復(fù)雜的運(yùn)行層面問(wèn)題。若電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備基礎(chǔ)強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題不會(huì)成為比供需關(guān)系和靈活性更苛刻的限制因素，但若電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備基礎(chǔ)較弱，穩(wěn)定性問(wèn)題可能成為消納的第一個(gè)瓶頸。
圖表1：電力系統(tǒng)對(duì)新能源消納能力分析框架
資料來(lái)源：中金公司研究部
供需關(guān)系邊界
從電量平衡視角出發(fā)，在常規(guī)機(jī)組裝機(jī)容量不增不減的情況下，每年用電增量是新能源發(fā)電增量的天花板，若不大規(guī)模棄電，新增新能源裝機(jī)體量也隨之大致確定。實(shí)際情況下，用電增量無(wú)法全部由新能源發(fā)電提供，隨著用電量增加、最大負(fù)荷水平提升，需要增加更多支撐電源（常規(guī)電源）容量保證系統(tǒng)充裕性，常規(guī)電源發(fā)電增量即可滿足部分用電增量，因此僅部分用電增量由新能源發(fā)電增量滿足。若支撐性電源備而不用，僅在高峰時(shí)段提供短時(shí)支撐，那么將大幅推高系統(tǒng)成本，使得消納代價(jià)過(guò)高。
靈活性邊界
從電力平衡視角出發(fā)，靈活性是電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能等主體協(xié)同配合維持電力平衡的能力。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)荷高峰時(shí)段電力平衡，系統(tǒng)需要供給側(cè)提供向上的靈活性和需求側(cè)提供向下的靈活性，負(fù)荷峰段靈活性主要決定系統(tǒng)充裕性和保供能力；而為了實(shí)現(xiàn)負(fù)荷低谷時(shí)段的電力平衡，系統(tǒng)需要供給側(cè)提供向下靈活性和需求側(cè)提供向上靈活性，負(fù)荷谷段靈活性水平?jīng)Q定系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力。
凈負(fù)荷曲線與消納空間的關(guān)系：業(yè)內(nèi)一般通過(guò)凈負(fù)荷曲線（負(fù)荷-新能源出力）觀察消納空間，凈負(fù)荷曲線最低點(diǎn)與常規(guī)電源最小技術(shù)出力的差值決定剩余消納空間。光伏出力在午間出力達(dá)到峰值，故光伏滲透率較高地區(qū)凈負(fù)荷低點(diǎn)在午間前后，午間時(shí)段的供需情況決定消納能力。不同區(qū)域和時(shí)段的風(fēng)電出力特性差異更大，但多數(shù)地區(qū)風(fēng)電出力在夜間達(dá)到峰值，夜間時(shí)段供需情況決定其消納能力。
新能源消納空間與裝機(jī)容量的關(guān)系：從概率分布來(lái)看，風(fēng)電、光伏出力多數(shù)時(shí)間遠(yuǎn)小于其裝機(jī)容量，典型地區(qū)風(fēng)電80%時(shí)間段出力小于其裝機(jī)容量的0.5倍，光伏80%時(shí)間段出力小于其裝機(jī)容量的0.6倍。因此，一定的消納空間下可允許更多裝機(jī)容量接入系統(tǒng)，光伏允許裝機(jī)容量一般可按消納空間/0.6考慮，風(fēng)電允許裝機(jī)容量一般可按消納空間/0.5考慮。
圖表2：電力供需平衡及靈活性需求示意圖
注：橫軸為日內(nèi)時(shí)刻
資料來(lái)源：中金公司研究部
圖表3：凈負(fù)荷曲線與新能源消納空間示意圖
注：光伏、風(fēng)電典型出力曲線參考《新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施研究》等文獻(xiàn)，橫軸為日內(nèi)時(shí)刻；圖中示意僅有光伏或風(fēng)電出力的凈負(fù)荷曲線，凈負(fù)荷=負(fù)荷-光伏或風(fēng)電出力；實(shí)際情況下，午間風(fēng)電、光伏共同出力，凈負(fù)荷=負(fù)荷-光伏出力-風(fēng)電出力，風(fēng)電及光伏共享凈負(fù)荷與常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力間的剩余消納空間。
資料來(lái)源：《新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施研究》（舒印彪等，2017），《考慮“源網(wǎng)荷”三方利益的主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃》（李逐云等，2017），中金公司研究部
電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能側(cè)邊際變化對(duì)系統(tǒng)靈活性和消納空間有不同的影響機(jī)制，具體來(lái)看：
電源：煤電、氣電、核電等常規(guī)電源最小出力存在技術(shù)限制，靈活性改造前/改造后的煤電調(diào)節(jié)范圍為額定容量的50%~100%/30%~100%，氣電調(diào)節(jié)范圍為額定容量的20%~100%。因此，常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力=靈活性改造前煤電容量*50%+靈活性改造后的煤電容量*30%+氣電容量*20%+核電容量。新增常規(guī)電源裝機(jī)容量抬升系統(tǒng)最小技術(shù)出力，新增10GW核電/煤電/氣電最小技術(shù)出力增加10GW/3GW/2GW，壓縮消納空間；進(jìn)行存量煤電靈活性改造及新增電源側(cè)儲(chǔ)能均可壓低最小技術(shù)出力，釋放消納空間。對(duì)存量10GW煤電進(jìn)行靈活性改造，最小技術(shù)出力降低2GW，消納空間增加2GW，電源側(cè)儲(chǔ)能增加10GW，消納空間增加10GW。
負(fù)荷及儲(chǔ)能：負(fù)荷特性主要從兩個(gè)渠道影響系統(tǒng)靈活性及新能源消納能力。一方面，電力系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)支撐電源需要與最大負(fù)荷增長(zhǎng)同步以保證充裕性，若最大負(fù)荷增速過(guò)快，常規(guī)電源裝機(jī)量需要匹配增加，這可能提升系統(tǒng)最小技術(shù)出力，壓縮消納空間；另一方面，最小負(fù)荷過(guò)低使得凈負(fù)荷曲線低點(diǎn)降低，同樣影響新能源消納空間。因此，峰谷差率大的系統(tǒng)新能源消納更加困難，需要負(fù)荷側(cè)主動(dòng)提供更多靈活性，通過(guò)需求側(cè)響應(yīng)降低高峰負(fù)荷或提升低谷負(fù)荷，才能保證一定的新能源消納水平。表后儲(chǔ)能發(fā)揮的作用類似，其充放電循環(huán)可雙向降低峰谷差。
電網(wǎng)：與電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能在時(shí)間維度上助力新能源消納不同，電網(wǎng)主要是在空間維度上促進(jìn)消納，即本地負(fù)荷不足時(shí)，通過(guò)輸配電線路匹配異地負(fù)荷。特高壓直流線路幫助集中式新能源遠(yuǎn)距離匹配負(fù)荷，由于直流一般單向運(yùn)行，主要擴(kuò)大送端地區(qū)的消納能力，釋放的消納空間大小與電源配置相關(guān)，當(dāng)前大基地項(xiàng)目的典型配置為8GW光伏+4GW風(fēng)電+4GW火電+2.5GW*2h儲(chǔ)能，容量為8GW的特高壓直流線路容量可消納12GW新能源。交流輸電線路可實(shí)現(xiàn)雙向互濟(jì)，對(duì)于線路兩端消納能力均有提升，但最終互濟(jì)水平及釋放的消納空間還取決于線路兩端發(fā)電和負(fù)荷特性的互補(bǔ)性。
圖表4：源網(wǎng)荷儲(chǔ)靈活性邊際變化對(duì)新能源消納空間及裝機(jī)容量的影響示意
注：消納空間增量=最低負(fù)荷增量-最小技術(shù)出力增量；按光伏可消納容量=消納空間/0.6，風(fēng)電可消納容量=消納空間/0.5測(cè)算
資料來(lái)源：中金公司研究部
安全穩(wěn)定運(yùn)行邊界
新能源消納能力還受到電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性要求限制，集中式和分布式由于接入位置與送電模式不同，面臨的穩(wěn)定性限制也有所差異。對(duì)于集中式，大規(guī)模接入可能導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足，電壓、頻率穩(wěn)定性降低；對(duì)于分布式，大規(guī)模接入反向送電可能會(huì)帶來(lái)線路設(shè)備過(guò)載、電壓抬升、電能質(zhì)量降低等問(wèn)題，各維度問(wèn)題的短板決定消納上限。
設(shè)備過(guò)載與熱穩(wěn)定：在分布式滲透率過(guò)高的配網(wǎng)區(qū)域內(nèi)，分布式光伏出力高于用電負(fù)荷，上級(jí)（中壓）甚至上上級(jí)（高壓）變壓器和線路會(huì)出現(xiàn)反向潮流。傳統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)計(jì)主要依據(jù)區(qū)域內(nèi)負(fù)荷水平確定變壓器容量，220kV變壓器負(fù)載率~60%，即220kV變壓器容量約為當(dāng)?shù)刎?fù)荷的1.7倍，并未考慮分布式光伏大規(guī)模接入情景。過(guò)多的分布式并網(wǎng)可能導(dǎo)致反送功率超過(guò)變壓器容量，導(dǎo)致線路和設(shè)備過(guò)載，熱穩(wěn)定性出現(xiàn)問(wèn)題，這也是目前影響分布式光伏消納能力的主要因素。
電壓抬升：分布式光伏接入導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)電壓偏差量除了與其并網(wǎng)容量相關(guān)，還與其接入點(diǎn)位置和阻抗值相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，分布式光伏容量越大，導(dǎo)致的電壓偏差量越大；接入點(diǎn)越靠近配網(wǎng)末端，導(dǎo)致的電壓偏差也越大。配電網(wǎng)調(diào)壓能力不足時(shí)，節(jié)點(diǎn)電壓偏差過(guò)高直接影響供電安全性和可靠性，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電源脫網(wǎng)。因此，配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)允許的電壓偏差范圍限制了分布式光伏的接入容量和接入位置。此外，還有損耗、電能質(zhì)量、三相不平衡電壓等問(wèn)題，這些問(wèn)題的短板決定消納的穩(wěn)定性邊界。
分布式光伏接入帶來(lái)的電網(wǎng)穩(wěn)定性問(wèn)題并非不能解決。對(duì)于電壓抬升問(wèn)題，網(wǎng)側(cè)可以通過(guò)增加無(wú)功補(bǔ)償裝置、逆變器功率因數(shù)控制、有載調(diào)壓變壓器抽頭調(diào)整等快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓水平；對(duì)于設(shè)備線路過(guò)載問(wèn)題，可以通過(guò)擴(kuò)容提高耐受能力。分布式發(fā)電側(cè)如果具備足夠的調(diào)節(jié)能力，如增加控制設(shè)備、儲(chǔ)能等限制反送功率水平，也可以釋放一定消納空間。
圖表5：分布式新能源接入后造成電網(wǎng)功率反送、過(guò)載、電壓越限等穩(wěn)定性問(wèn)題
資料來(lái)源：《配電網(wǎng)分布式電源接納能力評(píng)估方法與提升技術(shù)研究綜述》（董逸超等，2019）, 中金公司研究部
消納飽和的癥狀
新能源消納飽和的癥狀主要包括出現(xiàn)大規(guī)模棄電及階段性負(fù)電價(jià)兩類。
棄電：當(dāng)新能源出力+常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力大于負(fù)荷時(shí)，棄風(fēng)棄光才能維持電力平衡，新能源出力過(guò)剩時(shí)段增加，棄電率提升，消納能力逐步飽和。各國(guó)棄電率與滲透率相關(guān)性有所差異，體現(xiàn)出供需關(guān)系、靈活性水平和電網(wǎng)運(yùn)行基礎(chǔ)的差異，例如消納能力較弱的愛(ài)爾蘭在新能源滲透率達(dá)到30%時(shí)棄電率達(dá)7%左右，消納能力較強(qiáng)的西班牙棄電率不到1%。
負(fù)電價(jià)：電力市場(chǎng)按優(yōu)先次序出清，用電需求先由邊際成本最低的電源滿足，不能滿足需求時(shí)才會(huì)使用邊際成本較高的電源。新能源可變成本無(wú)限趨近于零，當(dāng)某一階段其發(fā)電量能滿足全部的用電需求時(shí)，會(huì)降低市場(chǎng)出清價(jià)格。此外，由于可再生能源往往收到其他機(jī)制補(bǔ)償，為保證發(fā)電量可能報(bào)負(fù)電價(jià)，造成批發(fā)電價(jià)階段性為負(fù)。負(fù)電價(jià)出現(xiàn)頻率越高，代表供過(guò)于求更加普遍，消納趨近飽和。據(jù)IEA，美國(guó)加州負(fù)電價(jià)小時(shí)數(shù)從2019年全年約150小時(shí)，大幅增長(zhǎng)至2023年上半年的300小時(shí)，南澳2023年上半年負(fù)電價(jià)小時(shí)數(shù)達(dá)到近900小時(shí)。
歐洲：傳統(tǒng)電源退出釋放消納空間，短期內(nèi)分布式滲透消納前景更優(yōu)
歐洲電源和跨區(qū)輸電靈活性基礎(chǔ)較好，消納上限高
電源：歐洲國(guó)家電源側(cè)靈活性基礎(chǔ)普遍較好，決定了其消納上限較高。歐洲國(guó)家常規(guī)電源中，靈活性的氣電比例高，且煤電經(jīng)過(guò)改造深度調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，最小技術(shù)出力較低。我們測(cè)算，德國(guó)、意大利、西班牙典型日最低負(fù)荷與常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力比值在1.5左右，中國(guó)、美國(guó)該比值在1.1~1.2左右，相比而言歐洲電源側(cè)靈活性基礎(chǔ)更好。
電網(wǎng)：歐洲跨國(guó)互濟(jì)能力及市場(chǎng)化交易機(jī)制完備。歐洲國(guó)家間互聯(lián)互濟(jì)能力基礎(chǔ)較強(qiáng)且仍在積極布局。據(jù)ENTSO-E十年電網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃（TYNDP 2022）統(tǒng)計(jì)，歐盟2022年跨國(guó)輸電能力93GW，報(bào)告中預(yù)計(jì)2023-25年在建項(xiàng)目可貢獻(xiàn)容量增加23GW至116GW。中遠(yuǎn)期看，歐盟要求2030年各成員國(guó)跨國(guó)輸電能力達(dá)到本國(guó)裝機(jī)容量的15%，ENTSO-E測(cè)算歐盟2025-30年或?qū)⒃僭黾?4GW跨國(guó)輸電容量。
以德國(guó)為例，目前德國(guó)與鄰國(guó)間通過(guò)交流、直流輸電線路密集連接，互濟(jì)容量接近30GW，占其本國(guó)裝機(jī)容量的~13%，2023年夏季電力供應(yīng)緊缺時(shí)期進(jìn)口負(fù)荷占其用電負(fù)荷的近20%，春季電力供應(yīng)寬松時(shí)期出口負(fù)荷占用電負(fù)荷的17%左右，其互濟(jì)能力在用電高峰時(shí)段保證充裕性、低谷促進(jìn)新能源消納。除互聯(lián)互通的基礎(chǔ)設(shè)施外，歐洲統(tǒng)一電力市場(chǎng)機(jī)制也提升了跨區(qū)互濟(jì)的效率。
圖表6：歐洲國(guó)家間跨國(guó)輸電聯(lián)絡(luò)情況及ENTSO-E對(duì)未來(lái)跨國(guó)容量需求的測(cè)算
資料來(lái)源：ENTSO-E，中金公司研究部
新能源并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性要求高，高電價(jià)消化系統(tǒng)成本
歐洲對(duì)新能源接入電網(wǎng)后的穩(wěn)定性技術(shù)要求明確。歐洲要求新能源并網(wǎng)后具備一定電壓、頻率調(diào)節(jié)能力。對(duì)于分布式，德國(guó)并網(wǎng)技術(shù)要求最高，要求分布式低壓端接入也具備調(diào)峰能力，需要配套安裝 “三遙”（遙測(cè)、遙信、遙控）控制設(shè)備，此外還要求余電上網(wǎng)容量不能超過(guò)分布式裝機(jī)容量的70%，達(dá)到70%逆變器自動(dòng)控制棄電[5]，反送上限和可調(diào)峰能力共同保證了德國(guó)配網(wǎng)反送電問(wèn)題可控。在解決電壓穩(wěn)定、設(shè)備線路過(guò)載問(wèn)題方面，德國(guó)電網(wǎng)公司采用了電網(wǎng)擴(kuò)容、升級(jí)配變?yōu)橛休d調(diào)壓變壓器、增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備等多種方式進(jìn)行改造。
圖表7：德國(guó)分布式光伏并網(wǎng)的升級(jí)改造措施
資料來(lái)源：《The German experience with integrating photovoltaic systems into the low-voltage grids》（Benjamin Bayer等，2017），中金公司研究部
高電價(jià)可一定程度消化分布式開(kāi)發(fā)配套的升級(jí)改造成本。加裝三遙等配網(wǎng)自動(dòng)化改造成本高，且調(diào)峰還存在上網(wǎng)電量減少的問(wèn)題，近幾年德國(guó)每年調(diào)峰棄電量在60億千瓦時(shí)左右，調(diào)峰棄電量占新能源發(fā)電量的4%左右，分布式調(diào)峰棄電率可能更高，但較高的終端電價(jià)可消化額外成本和收益小幅降低。燃料價(jià)格正常時(shí)期，德國(guó)居民終端電價(jià)中批發(fā)電價(jià)占比僅25%左右，氣價(jià)高企的2022年下半年批發(fā)電價(jià)占比50%左右，這意味著分布式光伏自發(fā)自用部分節(jié)省電價(jià)是集中式發(fā)電收益的2~4倍，高終端電價(jià)可消化改造成本和調(diào)峰損失。
歐洲其他國(guó)家如意大利、法國(guó)等配網(wǎng)強(qiáng)度及自動(dòng)化水平不及德國(guó)，存在部分低壓端分布式不可控問(wèn)題，但整體上配網(wǎng)自動(dòng)化和線路設(shè)備冗余容量處于較高水平，對(duì)分布式消納基礎(chǔ)較好，穩(wěn)定性問(wèn)題暫不突出。
電力需求相對(duì)穩(wěn)定，高滲透地區(qū)面臨供過(guò)于求問(wèn)題
新能源大發(fā)時(shí)段電力供過(guò)于求問(wèn)題突出，負(fù)電價(jià)頻繁出現(xiàn)。歐洲電力需求穩(wěn)定，能源危機(jī)后需求還有小幅降低，新能源加速滲透導(dǎo)致午間等新能源大發(fā)時(shí)段供過(guò)于求問(wèn)題突出。據(jù)EnAppSys，2023年芬蘭、瑞典、挪威、荷蘭、德國(guó)在全年日前交易中均出現(xiàn)300次以上日前負(fù)電價(jià)，其中挪威、瑞典、丹麥等北歐國(guó)家主要是由于水電季節(jié)性出力較高且水電有綠電認(rèn)證補(bǔ)貼，芬蘭由于新投運(yùn)核電提升區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力、靈活性降低，處于歐洲大陸偏邊緣的國(guó)家如法國(guó)、波蘭等主要是由于跨區(qū)輸電能力不足。其余大部分地區(qū)如德國(guó)、意大利、比利時(shí)、荷蘭、英國(guó)等均因?yàn)轱L(fēng)電/光伏供過(guò)于求造成負(fù)電價(jià)。
圖表8：2023年歐洲主要電網(wǎng)區(qū)域負(fù)電價(jià)出現(xiàn)頻次及主要原因
資料來(lái)源：EnAppSys，中金公司研究部
歐洲新能源滲透消納的邊際變化及趨勢(shì)展望
未來(lái)幾年傳統(tǒng)電源退出計(jì)劃明確，再次釋放消納空間
為解決結(jié)構(gòu)性電力供過(guò)于求，歐洲推進(jìn)傳統(tǒng)電源退出計(jì)劃，為新能源釋放消納空間。根據(jù)歐盟規(guī)劃，至2030年新能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重將從當(dāng)前的22%左右提升至42.5%~45%，為實(shí)現(xiàn)新能源份額增加，各國(guó)積極推進(jìn)傳統(tǒng)能源退出計(jì)劃。
德國(guó)從能源危機(jī)逐步緩和后開(kāi)始規(guī)模退核、退煤。2023年下半年德國(guó)從電力凈出口國(guó)轉(zhuǎn)為凈進(jìn)口國(guó)，下半年凈進(jìn)口電力流月度均值達(dá)到4GW，本地電力供應(yīng)過(guò)剩問(wèn)題開(kāi)始好轉(zhuǎn)。長(zhǎng)期看，德國(guó)通過(guò)競(jìng)價(jià)補(bǔ)償方式鼓勵(lì)煤電退出且有明確退出時(shí)間表，根據(jù)德國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)Bundesnetzagentur披露的裝機(jī)退出計(jì)劃，2024年一年內(nèi)退出煤電容量~9.5GW，退煤減少發(fā)電量相當(dāng)于釋放了光伏或風(fēng)電裝機(jī)空間40GW/20GW。
消納空間逐步釋放使得德國(guó)新能源發(fā)展或迎來(lái)新一輪加速。其分布式光伏上網(wǎng)電價(jià)在多年退坡后重新提升，并以更高電價(jià)鼓勵(lì)全額上網(wǎng)模式，10kW內(nèi)的分布式發(fā)電系統(tǒng)若采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)模式，上網(wǎng)電價(jià)為8.6歐元/MWh，全額上網(wǎng)模式下電價(jià)為13.4歐元/MWh，同時(shí)取消了前期反送功率不超過(guò)額定容量70%的限制。
圖表9：德國(guó)提高分布式光伏上網(wǎng)電價(jià)，鼓勵(lì)全額上網(wǎng)模式
資料來(lái)源：德國(guó)經(jīng)濟(jì)事務(wù)部，F(xiàn)raunhofer ISE, 中金公司研究部
分布式收益端一定程度受保護(hù)，短期看滲透消納空間較大
歐洲分布式收益端市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)暴露度較低、受并網(wǎng)流程制約小，未來(lái)幾年滲透消納空間較大。
收益方面，歐洲集中式新能源發(fā)電部分通過(guò)參與電力市場(chǎng)交易獲取收益，部分通過(guò)與政府/終端用戶簽署差價(jià)合約（CfD）、購(gòu)電協(xié)議（PPA）鎖定長(zhǎng)期較穩(wěn)定電價(jià)。隨著滲透率提升，歐洲新能源參與電力市場(chǎng)交易電價(jià)端蠶食效應(yīng)顯現(xiàn)，德國(guó)、西班牙的光伏電價(jià)較基荷電價(jià)的折價(jià)率由2021年的月度平均5%左右快速增長(zhǎng)至2023年的20%左右。參與差價(jià)合約及購(gòu)電協(xié)議的裝機(jī)不完全暴露在電力市場(chǎng)中，但定價(jià)仍以批發(fā)電價(jià)為錨，也略有降低趨勢(shì)。
圖表10：光伏參與電力市場(chǎng)交易平均電價(jià)較基荷電價(jià)溢價(jià)/折價(jià)情況
資料來(lái)源：BloombergNEF，中金公司研究部
分布式不直接參與電力市場(chǎng)交易，收益受一定保護(hù)。分布式新能源單體體量小、交易成本高，在絕大多數(shù)地區(qū)都未進(jìn)入電力批發(fā)市場(chǎng)直接交易。歐洲國(guó)家分布式光伏發(fā)電的價(jià)格機(jī)制主要有固定電價(jià)（FiT）、凈計(jì)量（Net Metering）、凈計(jì)費(fèi)（Net Billing）三種，固定電價(jià)機(jī)制下，分布式發(fā)電上網(wǎng)部分獲取固定電價(jià)回報(bào)，德國(guó)、奧地利、法國(guó)等采用該機(jī)制；凈計(jì)量機(jī)制下，用戶在發(fā)電高峰時(shí)段向電網(wǎng)輸出電量和用電高峰時(shí)段從電網(wǎng)獲取電量可以相互抵扣，利用電網(wǎng)資源儲(chǔ)能調(diào)峰，凈上網(wǎng)部分還可獲得居民/工商業(yè)終端電價(jià)收益，相當(dāng)于發(fā)電部分在批發(fā)電價(jià)基礎(chǔ)上多收益了過(guò)網(wǎng)費(fèi)和稅費(fèi)；凈計(jì)費(fèi)機(jī)制下，凈上網(wǎng)部分電價(jià)設(shè)置比居民/工商業(yè)終端電價(jià)低，一般與批發(fā)電價(jià)水平相近，相當(dāng)于少獲益過(guò)網(wǎng)費(fèi)。三種模式都有固定收益規(guī)則，隨市場(chǎng)波動(dòng)折價(jià)影響小，且凈計(jì)量電價(jià)遠(yuǎn)高于批發(fā)電價(jià)，收益更加穩(wěn)定有保障。
圖表11：歐洲分布式光伏電價(jià)機(jī)制
注：各國(guó)分布式光伏累計(jì)裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)截至2022年，終端電價(jià)為2023 2H平均水平。
資料來(lái)源：Eurostat，歐洲能源監(jiān)管合作署ACER，Bloomberg，中金公司研究部
并網(wǎng)方面，歐洲部分國(guó)家集中式核準(zhǔn)并網(wǎng)流程較長(zhǎng)，德國(guó)、西班牙、法國(guó)流程周期需1-3年，英國(guó)、意大利周期長(zhǎng)達(dá)5年以上。核準(zhǔn)并網(wǎng)流程復(fù)雜導(dǎo)致部分國(guó)家新能源開(kāi)發(fā)排隊(duì)問(wèn)題突出，英國(guó)、意大利、西班牙排隊(duì)容量達(dá)到500GW以上，為其累計(jì)裝機(jī)容量的2倍。
相較而言，分布式新能源開(kāi)發(fā)并網(wǎng)流程相對(duì)精簡(jiǎn)，小容量系統(tǒng)免審批。以德國(guó)為例，30kW以下的戶用分布式系統(tǒng)適用簡(jiǎn)化的并網(wǎng)程序，對(duì)于商業(yè)分布式系統(tǒng)，上網(wǎng)容量達(dá)到270kW或裝機(jī)容量達(dá)到500kW才需要獲得許可。我們認(rèn)為，電網(wǎng)投資加速、并網(wǎng)流程精簡(jiǎn)對(duì)中長(zhǎng)期新能源消納將有顯著促進(jìn)作用，但考慮基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及政策落實(shí)周期較長(zhǎng)，短期內(nèi)分布式滲透消納前景或更優(yōu)。
圖表12：歐洲主要國(guó)家并網(wǎng)限制因素、排隊(duì)情況及并網(wǎng)流程示意
注：排隊(duì)裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)截至2022年底
資料來(lái)源：LBNL，BloombergNEF，中金公司研究部
美國(guó)：電網(wǎng)靈活性不足，高滲透地區(qū)消納問(wèn)題突出
美國(guó)跨區(qū)輸電能力欠缺，電網(wǎng)堵塞導(dǎo)致棄電
美國(guó)新能源消納的主要瓶頸在于其電網(wǎng)強(qiáng)度及跨區(qū)互濟(jì)能力不足，電網(wǎng)堵塞是新能源棄電的主要原因。美國(guó)東部聯(lián)合、西部聯(lián)合以及德州電網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，互聯(lián)互濟(jì)水平低。在美國(guó)細(xì)分的12個(gè)區(qū)域電網(wǎng)中，雖然除德州電網(wǎng)外11個(gè)區(qū)域電網(wǎng)均由美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）管理，但其中僅有6個(gè)是區(qū)域輸電組織，有權(quán)為大范圍區(qū)域進(jìn)行輸電網(wǎng)規(guī)劃，其余由垂直一體化公用事業(yè)公司主導(dǎo)，其輸電規(guī)劃建設(shè)缺乏與周邊地區(qū)的協(xié)同。較為分散的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)使得新能源并網(wǎng)消納基礎(chǔ)弱、升級(jí)改造難度大。
美國(guó)并網(wǎng)流程復(fù)雜且周期長(zhǎng)。與歐洲類似，美國(guó)在新能源并網(wǎng)前也需要經(jīng)歷并網(wǎng)申請(qǐng)、可行性評(píng)估、并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)影響的評(píng)估、設(shè)備評(píng)估、簽訂并網(wǎng)協(xié)議、新能源項(xiàng)目建設(shè)投運(yùn)等一系列流程。根據(jù)勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室（LBNL），截至2022年底美國(guó)新能源發(fā)電并網(wǎng)排隊(duì)容量達(dá)到1350GW，儲(chǔ)能并網(wǎng)排隊(duì)容量680GW左右，并網(wǎng)周期由2015年的3年左右增至當(dāng)前的5年左右，意味著存量電網(wǎng)設(shè)施不足，并網(wǎng)需要更復(fù)雜、更高成本升級(jí)改造。并網(wǎng)成本分?jǐn)偡矫?，美?guó)項(xiàng)目多由新能源開(kāi)發(fā)商承擔(dān)費(fèi)用，改造方案的協(xié)商談判周期偏長(zhǎng)。
圖表13：美國(guó)新能源并網(wǎng)流程及排隊(duì)容量區(qū)域分布
注：排隊(duì)容量統(tǒng)計(jì)截至2022年底
資料來(lái)源：《Queued Up: Characteristics of Power Plants Seeking Transmission Interconnection as of the End of 2022》（LBNL），中金公司研究部
圖表14：美國(guó)加州新能源棄電量及主要原因
資料來(lái)源：CAISO，EIA，中金公司研究部
美國(guó)新能源滲透消納的邊際變化及趨勢(shì)展望
并網(wǎng)流程簡(jiǎn)化對(duì)周期較短的儲(chǔ)能及分布式發(fā)電項(xiàng)目見(jiàn)效較快
為加快新能源并網(wǎng)與廣域消納，美國(guó)開(kāi)始推進(jìn)新能源及輸電線路審批簡(jiǎn)化政策，但部分政策仍在提案階段，進(jìn)展需要進(jìn)一步觀察。美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）、美國(guó)能源部等主管機(jī)構(gòu)已著手從新能源并網(wǎng)/環(huán)境審查簡(jiǎn)化、輸電線路審批流程簡(jiǎn)化等方面推進(jìn)相關(guān)政策。并網(wǎng)流程方面，F(xiàn)ERC于2023年7月針對(duì)并網(wǎng)程序提出新規(guī)并于11月正式生效，包括設(shè)定電網(wǎng)研究期限并引入未能按時(shí)完成的處罰機(jī)制，要求對(duì)同一領(lǐng)域項(xiàng)目集體進(jìn)行評(píng)估，簡(jiǎn)化并網(wǎng)流程中的行政手續(xù)等措施，推動(dòng)項(xiàng)目并網(wǎng)加速；輸電線路審批方面，F(xiàn)ERC于2023年9月上書(shū)國(guó)會(huì)，呼吁簡(jiǎn)化跨區(qū)輸電線路審批流程，強(qiáng)化區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)互通；環(huán)評(píng)方面，美國(guó)能源部于2023年11月提議放寬對(duì)部分儲(chǔ)能、太陽(yáng)能和輸電線路項(xiàng)目的環(huán)境審查，減少環(huán)評(píng)成本和時(shí)間。
我們認(rèn)為，流程簡(jiǎn)化政策對(duì)并網(wǎng)流程較短的儲(chǔ)能項(xiàng)目以及小容量（分布式）新能源發(fā)電項(xiàng)目促進(jìn)效果短期見(jiàn)效更快。長(zhǎng)期看，跨區(qū)輸電線路的規(guī)劃、審批簡(jiǎn)化與建設(shè)對(duì)未來(lái)消納能力提升更加重要，還需要持續(xù)觀察政策進(jìn)展。
利率下行周期分布式需求邊際改善或更顯著，向低滲透地區(qū)擴(kuò)散發(fā)展
美國(guó)分布式光伏開(kāi)發(fā)成本高且依賴第三方融資模式，需求受高利率拖累。美國(guó)分布式尤其是戶用系統(tǒng)渠道成本高，導(dǎo)致資本支出遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，2023年美國(guó)戶用光伏資本性支出大約為3美元/W，較德國(guó)、澳大利亞等國(guó)高50%以上。高成本決定了分布式開(kāi)發(fā)強(qiáng)依賴第三方融資模式，受利率影響更大，短期需求受負(fù)面影響。
2024年需求或迎來(lái)拐點(diǎn)。據(jù)中金宏觀組，美聯(lián)儲(chǔ)有望在2024年二季度降息，最新點(diǎn)陣圖暗示2024年降息三次，其政策目標(biāo)或已從單邊抗通脹轉(zhuǎn)向防止貨幣過(guò)度緊縮[6]。我們認(rèn)為，利率水平降低使得新能源開(kāi)發(fā)環(huán)境逐步寬松，尤其是分布式邊際改善更為明顯，疊加美國(guó)終端電價(jià)水平仍在較高水平、設(shè)備成本下行周期，2024年分布式需求有望迎來(lái)拐點(diǎn)。
分布式高滲透地區(qū)在消納困境下電價(jià)機(jī)制調(diào)整、發(fā)展放緩。消納能力提升前，高滲透地區(qū)不得不通過(guò)電價(jià)機(jī)制調(diào)整供需平衡。近期加州分布式價(jià)格機(jī)制收緊，從NEM2.0凈計(jì)量過(guò)渡至NEM3.0凈計(jì)費(fèi)機(jī)制，相當(dāng)于內(nèi)化了一定的消納成本。在NEM3.0凈計(jì)費(fèi)機(jī)制中，余電上網(wǎng)部分電價(jià)低于終端用電電價(jià)，超額扣減過(guò)網(wǎng)費(fèi)。在NEM3.0基礎(chǔ)上，加州公用事業(yè)委員會(huì)近期還提出分布式配儲(chǔ)能系統(tǒng)晚間儲(chǔ)能出力按照余電上網(wǎng)電價(jià)結(jié)算，即儲(chǔ)能晚間出力自用部分也需扣減過(guò)網(wǎng)費(fèi)。我們測(cè)算，分布式光伏系統(tǒng)在NEM3.0較NEM2.0收益端降低50-60%，光儲(chǔ)系統(tǒng)在儲(chǔ)能電價(jià)結(jié)算新規(guī)下收益或再降低10%左右。
向低滲透地區(qū)擴(kuò)散發(fā)展是未來(lái)趨勢(shì)。我們認(rèn)為，加州等高滲透地區(qū)消納問(wèn)題短期內(nèi)無(wú)法大幅緩解，利率水平降低及設(shè)備成本下降或促進(jìn)美國(guó)分布式加速向消納空間更大、目前滲透率還較低的東南部、PJM等區(qū)域發(fā)展。
圖表15：加州分布式光伏滲透歷史
資料來(lái)源：EIA，加利福尼亞州公用事業(yè)委員會(huì)(CPUC)，中金公司研究部
圖表16：加州分布式光伏電價(jià)機(jī)制收緊
資料來(lái)源：CAISO，CPUC，中金公司研究部
中國(guó)：送端地區(qū)消納矛盾階段性加重，但整體消納空間增量可維持較高新增裝機(jī)水平
中國(guó)新能源滲透與消納現(xiàn)狀
中國(guó)新能源高速發(fā)展，且消納現(xiàn)狀整體良好。2022年全國(guó)平均新能源滲透率達(dá)到14%，我們預(yù)計(jì)2023年底將達(dá)到16%左右。部分省份已處于高滲透水平，青海、河北、甘肅、黑龍江、寧夏、內(nèi)蒙古滲透率超過(guò)20%。新能源消納狀況良好很大程度上得益于全社會(huì)用電量快速增長(zhǎng)。2020-2022年，用電量增量14000億千瓦時(shí)左右，發(fā)電裝機(jī)階段性短缺，促進(jìn)了新能源快速增長(zhǎng)與消納，同期新能源發(fā)電增量近6000億千瓦時(shí)左右，占新增發(fā)電量的比重增至40%以上。
分布式滲透顯著快于集中式。2020-2022年分布式光伏復(fù)合年增長(zhǎng)率26%左右，遠(yuǎn)高于集中式11%左右，主要得益于：1）開(kāi)發(fā)便利性：分布式光伏備案及并網(wǎng)流程較為簡(jiǎn)單，近年來(lái)打包開(kāi)發(fā)模式形成了一定規(guī)模效應(yīng)；2）經(jīng)濟(jì)性：成本端設(shè)備成本及資金成本相對(duì)較低，土地、升壓成本少，收益端自用部分可抵較高的工商業(yè)電價(jià)，居民電價(jià)雖然絕對(duì)水平不高，但居民電價(jià)與余電上網(wǎng)電價(jià)水平普遍高于集中式平價(jià)項(xiàng)目的平均獲得電價(jià)，相對(duì)經(jīng)濟(jì)性高； 3）電網(wǎng)接入限制少：國(guó)內(nèi)分布式并網(wǎng)接入限制較少，既沒(méi)有類似美國(guó)的超配和反送功率限制，也沒(méi)有類似歐洲的可觀測(cè)可調(diào)峰設(shè)備和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備加裝要求，相當(dāng)于可享受電網(wǎng)調(diào)節(jié)服務(wù)，少承擔(dān)或不承擔(dān)過(guò)網(wǎng)費(fèi)，且運(yùn)行層面不受電網(wǎng)限制調(diào)度，這種優(yōu)惠的并網(wǎng)政策一定程度上加速了滲透。
圖表17：中國(guó)各省新能源滲透率
注：新能源滲透率為風(fēng)電+光伏發(fā)電量/總發(fā)電量，基于2022年發(fā)電量計(jì)算而得
資料來(lái)源：中電聯(lián)，國(guó)家能源局，中金公司研究部
圖表18：中國(guó)集中式、分布式光伏累計(jì)裝機(jī)量及主要省份分布式裝機(jī)情況
注：右圖分省分布式（戶用、工商業(yè)）裝機(jī)容量為2023 3Q累計(jì)值。
資料來(lái)源：國(guó)家能源局，中金公司研究部
供需關(guān)系：用電需求是新能源消納的基本盤，若用電增速企穩(wěn)則新能源消納系統(tǒng)成本上升
回歸供需本質(zhì)，若2024~25年用電增速在7%左右，年用電增量在7000-8000億千瓦時(shí)左右。我們測(cè)算，該需求增量可保證在消納光伏/風(fēng)電年新增裝機(jī)200GW/50GW的基礎(chǔ)上，水電利用小時(shí)數(shù)持平、火電利用小時(shí)數(shù)小幅降至4000小時(shí)左右，降幅約8%，與容量補(bǔ)償收益較為匹配，基本上可維持系統(tǒng)各類電源經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。
若用電增速趨于企穩(wěn)至5%左右，年用電增量在4000億千瓦時(shí)左右。此時(shí)如果光伏/風(fēng)電年新增裝機(jī)維持200GW/50GW的較高水平，或?qū)?dǎo)致水電利用小時(shí)數(shù)降至2500小時(shí)左右，火電利用小時(shí)數(shù)從4300小時(shí)降至3750小時(shí)。這意味著，在上網(wǎng)電價(jià)水平不變的情況下，火電、水電收益或降低13%/11%左右，考慮火電5%左右容量補(bǔ)償收益，常規(guī)電源收益仍有降低。我們認(rèn)為，若用電增速企穩(wěn)，消納新能源的系統(tǒng)成本提升，配套本地負(fù)荷、離網(wǎng)應(yīng)用或是未來(lái)促消納的主要趨勢(shì)。
圖表19：中國(guó)新增發(fā)電量及新能源占新增發(fā)電量的比重，2023E-2025E
注：2023年發(fā)電量結(jié)構(gòu)根據(jù)2023前三季度各電源發(fā)電量同比增幅估算，2024-2025年發(fā)電總量按照5%、7%分別計(jì)算，核電發(fā)電量根據(jù)預(yù)計(jì)投產(chǎn)裝機(jī)容量估算，2024-2025年光伏、風(fēng)電發(fā)電量根據(jù)年新增維持200GW、50GW大致測(cè)算，已考慮10%左右的新能源棄電率（若考核放開(kāi)）
資料來(lái)源：中電聯(lián)，國(guó)家能源局，BP，中金公司研究部
靈活性：源網(wǎng)荷儲(chǔ)靈活性均在改善，但送端地區(qū)網(wǎng)源時(shí)序錯(cuò)配或?qū)е码A段性消納能力不足
現(xiàn)階段，系統(tǒng)靈活性總體上可消納存量新能源裝機(jī)規(guī)模且有一定空間盈余，部分地區(qū)如冀北、蒙東、寧夏、甘肅、青海、吉林、黑龍江等地靈活性偏緊。我們通過(guò)電力電量平衡測(cè)算可知，2023-25年源網(wǎng)荷儲(chǔ)各側(cè)靈活性均在改善，釋放新增消納空間，具體而言：
電源側(cè)：一方面，火電、核電等常規(guī)電源容量增加抬高最小技術(shù)出力。我們估算2023-2025年新增火電200GW左右，新增核電12-13GW，貢獻(xiàn)最小技術(shù)出力增量約60GW；另一方面，存量煤電靈活性改造、新增電源側(cè)儲(chǔ)能壓低最小技術(shù)出力。我們認(rèn)為，煤電靈活性改造在補(bǔ)償機(jī)制維持、存量應(yīng)改盡改原則下將繼續(xù)推進(jìn)，十四五大概率超額完成改造目標(biāo)，同時(shí)電源側(cè)按比例配置儲(chǔ)能的趨勢(shì)持續(xù)，由此預(yù)計(jì)2023-2025年煤電靈活性改造新增200GW，電源側(cè)儲(chǔ)能新增容量100GW左右，共同壓低最小技術(shù)出力約140GW。綜合而言，常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力由2022年的655GW降低至2025年的579GW，釋放消納空間~76GW。
圖表20：電源側(cè)靈活性及常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力邊際變化測(cè)算（GW）
注：此處常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力為全裝機(jī)容量下的最小技術(shù)出力，典型日機(jī)組非滿負(fù)荷運(yùn)行，工作位置不同，最小技術(shù)出力隨之變化。
資料來(lái)源：中電聯(lián)，國(guó)家能源局，中金公司研究部
電網(wǎng)側(cè)：聚焦跨區(qū)輸電能力對(duì)大型地面電站新能源消納空間的釋放前景，我們測(cè)算2023-2025年新增跨區(qū)輸電線路陸續(xù)投產(chǎn)后釋放輸電容量50GW左右，存量通道輸電容量挖潛空間25~30GW，新增及挖潛容量或可幫助送端地區(qū)抬升發(fā)電負(fù)荷75~80GW，即電網(wǎng)靈活性釋放消納空間75~80GW。
值得注意的是，雖然跨區(qū)輸電能力建設(shè)明顯提速，但送端新能源裝機(jī)規(guī)劃更加積極。一批大基地項(xiàng)目總規(guī)模100GW左右，二批大基地總規(guī)模455GW。按照規(guī)劃，十四五期間一批項(xiàng)目全部投運(yùn)，二批項(xiàng)目投運(yùn)100GW，一、二批外送規(guī)模共計(jì)150GW。我們認(rèn)為，一批項(xiàng)目大多通過(guò)存量通道挖潛送出、且配套電源部分采用存量煤電，因此消納問(wèn)題不太突出。但二批配套煤電/儲(chǔ)能多需要新增建設(shè)，時(shí)序協(xié)調(diào)難度也更大，容易出現(xiàn)更多新能源電源等煤電、等線路的情況。此外，十四五期間一、二批外送規(guī)模150GW對(duì)應(yīng)跨區(qū)輸電容量需求100GW左右，而我們預(yù)計(jì)輸電能力新增75~80GW，存在2~3條通道缺口。同時(shí)，送端基地項(xiàng)目占用外送能力及調(diào)節(jié)資源，常規(guī)項(xiàng)目消納難度或?qū)⒃黾印?
我們認(rèn)為，若送端按照規(guī)劃高速新增新能源裝機(jī)，2024-25年（尤其是二批大基地項(xiàng)目陸續(xù)投運(yùn)的2025年）送端地區(qū)源網(wǎng)建設(shè)不匹配、支撐電源建設(shè)不同步、本地消納不充分的情況或?qū)㈦A段性加重，送端棄風(fēng)棄光率抬升，周期性消納困難形勢(shì)或?qū)㈩愃?016-17年，但消納困難預(yù)期或?qū)⒁龑?dǎo)跨區(qū)輸電容量規(guī)劃進(jìn)一步擴(kuò)容，錯(cuò)配導(dǎo)致的消納困難或?yàn)殡A段性問(wèn)題。
負(fù)荷側(cè)：負(fù)荷側(cè)響應(yīng)、抽蓄有助于提升消納困難時(shí)段負(fù)荷，提升消納能力。負(fù)荷側(cè)響應(yīng)方面，我們認(rèn)為隨著新能源滲透率不斷提升，不同時(shí)段電力供需不平衡程度加大，終端電價(jià)采用分時(shí)機(jī)制、電價(jià)峰谷差拉大是趨勢(shì)，在此背景下負(fù)荷側(cè)靈活性發(fā)展速度將加快。我們預(yù)計(jì)2023-25年負(fù)荷側(cè)靈活調(diào)節(jié)容量（表后儲(chǔ)能及需求側(cè)響應(yīng)）增加55GW左右，抽蓄新增裝機(jī)17-18GW，負(fù)荷側(cè)靈活性增加貢獻(xiàn)谷段負(fù)荷增量70GW以上，釋放消納空間~70GW。2023-25年典型工作日/節(jié)假日午間負(fù)荷增量96/67GW，2025年典型工作日/節(jié)假日午間負(fù)荷分別達(dá)到1311/968GW。
圖表21：電網(wǎng)、負(fù)荷側(cè)靈活性及午間負(fù)荷邊際變化測(cè)算（GW）
注：午間時(shí)段負(fù)荷低、風(fēng)電、光伏出力水平高，一般為消納最困難時(shí)段。我們選取典型工作日、節(jié)假日午間分別測(cè)算負(fù)荷變化情況。
資料來(lái)源：中電聯(lián)，國(guó)家能源局，中金公司研究部
綜合考慮源網(wǎng)荷儲(chǔ)靈活性及負(fù)荷增量，我們測(cè)算2022年累計(jì)消納空間611GW，對(duì)應(yīng)可消納風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)容量589/579GW，2022年風(fēng)電、光伏實(shí)際累計(jì)裝機(jī)容量365/392GW，結(jié)余可消納裝機(jī)224/187GW。2025年累計(jì)消納空間818GW，對(duì)應(yīng)可消納風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)容量561/898GW。因此，2023-25年可消納風(fēng)電、光伏裝機(jī)增量196/504GW。若考慮5%棄電率，新增可消納風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量207/530GW，若允許10%棄電率，新增可消納風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量218/560GW[7]。
總結(jié)而言，我們認(rèn)為源網(wǎng)荷儲(chǔ)靈活性條件均在改善，可支撐較高新增裝機(jī)水平。2023-25總計(jì)可消納新能源裝機(jī)700GW左右，假設(shè)2023年新增裝機(jī)~250GW，則2024、2025年年均可消納裝機(jī)量在225GW左右?？紤]5%/10%棄電，年均可消納裝機(jī)達(dá)到240/260GW左右，總量上仍可維持較高裝機(jī)水平。
但是，結(jié)構(gòu)性消納矛盾或?qū)⒓又?，西部及北部送端地區(qū)新能源裝機(jī)規(guī)劃與跨區(qū)輸電線路、配套靈活性電源出現(xiàn)時(shí)序錯(cuò)配的概率大，若送端按照高規(guī)劃情景新增新能源裝機(jī)，2024-25年消納能力不足顯性化，棄電水平或顯著提升。但消納困難預(yù)期或?qū)⒁龑?dǎo)跨區(qū)輸電容量規(guī)劃進(jìn)一步擴(kuò)容，錯(cuò)配導(dǎo)致的消納困難或?yàn)殡A段性問(wèn)題。
圖表22：消納空間邊際變化測(cè)算（GW）
注：我們選取典型工作日、節(jié)假日午間分別測(cè)算消納空間，消納空間=午間負(fù)荷-常規(guī)機(jī)組最小技術(shù)出力；常規(guī)機(jī)組實(shí)際最小技術(shù)出力分別按照工作日、節(jié)假日最大負(fù)荷測(cè)算工作位置；2022年按照風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)比例分?jǐn)傁{空間，2025年按照35%/65%比例分?jǐn)傁{空間，可消納光伏裝機(jī)容量=光伏消納空間/0.6，可消納風(fēng)電裝機(jī)容量=風(fēng)電消納空間/0.5；可消納裝機(jī)容量包括分布式、集中式。
資料來(lái)源：《各省級(jí)電網(wǎng)典型電力負(fù)荷曲線》，中電聯(lián)，國(guó)家能源局，中金公司研究部
以上我們從供需關(guān)系及靈活性角度測(cè)算了新能源消納空間，該空間為風(fēng)電+光伏、集中式+分布式總體消納空間。運(yùn)行穩(wěn)定性邊界對(duì)消納空間影響難以準(zhǔn)確測(cè)算，但目前成為制約國(guó)內(nèi)分布式發(fā)展的重要因素，以下我們嘗試從運(yùn)行穩(wěn)定性視角分析分布式消納面臨的問(wèn)題和發(fā)展前景。
運(yùn)行穩(wěn)定性：高滲透地區(qū)開(kāi)始觸及穩(wěn)定邊界，分布式向消納能力充足地區(qū)擴(kuò)散發(fā)展
部分省份分布式光伏快速發(fā)展，開(kāi)始觸及運(yùn)行穩(wěn)定性邊界。分布式規(guī)模化發(fā)展對(duì)渠道、市場(chǎng)積累要求高，因此區(qū)域集中度高，山東、河南、浙江、江蘇、河北等地分布式光伏累計(jì)裝機(jī)容量超20GW。但部分高滲透地區(qū)出現(xiàn)低壓側(cè)發(fā)電向上級(jí)、甚至上上級(jí)電網(wǎng)反送電情況，部分地區(qū)/時(shí)段反送功率超過(guò)220kV變壓器額定容量，造成過(guò)載和熱穩(wěn)定問(wèn)題；同時(shí)，局部供需不平衡還造成電壓抬升、諧波和損耗問(wèn)題，尤其是農(nóng)村戶用發(fā)展較快地區(qū)很突出影響，部分地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始觸及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行邊界。
為什么中國(guó)部分地區(qū)分布式發(fā)展先遭遇了運(yùn)行穩(wěn)定性限制？一方面，國(guó)內(nèi)在發(fā)展初期為發(fā)揮規(guī)?；?yīng)，超配和反送電量無(wú)硬性限制。目前國(guó)內(nèi)部分省份典型戶用系統(tǒng)容量10kW，年發(fā)電量或達(dá)到13000kWh，但年用電量在2000 kWh左右，超配5倍以上，反送規(guī)模大。對(duì)比美國(guó)加州，戶均用電量在10000 kWh左右，超配1.5倍的系統(tǒng)容量同為10kW，發(fā)電量15000kWh，自用比例高、反送功率小，對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的影響可控。
另一方面，國(guó)內(nèi)配網(wǎng)尤其是低壓端自動(dòng)化水平仍然不高，在低壓端普及遙測(cè)、遙信、遙控 “三遙”設(shè)備尚有難度，戶用分布式多為低壓端接入，很難實(shí)現(xiàn)分布式調(diào)峰控制。從設(shè)備經(jīng)濟(jì)性看，加裝“三遙”或使得前期成本提升20-30%，若要求分布式開(kāi)發(fā)主體承擔(dān)，當(dāng)前電價(jià)水平下難以回收成本，若要求電網(wǎng)公司承擔(dān)，配網(wǎng)投資額將大幅提升。此外，現(xiàn)有調(diào)度體系尚無(wú)法穿透至低壓端，就算加裝可控設(shè)備，在運(yùn)行層面短期也很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。因此，低壓端接入的戶用分布式發(fā)展受電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性限制較大，工商業(yè)分布式項(xiàng)目多在中壓側(cè)接入控制能力較強(qiáng)，且自用比例較大，受電網(wǎng)消納穩(wěn)定性邊界的影響相對(duì)較小。
圖表23：美國(guó)加州及山東典型戶用光伏系統(tǒng)發(fā)電量及用電量對(duì)比
注：以10kW容量水平測(cè)算系統(tǒng)發(fā)電量；戶均用電量為2023年大致水平
資料來(lái)源：EIA，山東電力公司，中金公司研究部
圖表24：中國(guó)典型省份分布式光伏低壓接入率
資料來(lái)源：國(guó)家電網(wǎng)，中金公司研究部
向前看，我們測(cè)算分布式光伏在運(yùn)行穩(wěn)定性邊界下總量上仍有較充足消納空間?？紤]各省縣域負(fù)荷及220kV變壓器容量情況，我們估算各省已開(kāi)發(fā)戶用容量距消納上限（系統(tǒng)性向220kV變壓器反送80%功率）仍有開(kāi)發(fā)空間，山東/河南/江西/安徽/福建/江蘇當(dāng)前戶用累計(jì)容量占消納上限的比例約為39%/29%/24%/20%/15%/15%，其余大多數(shù)省份消納空間仍較充足。
但高滲透地區(qū)面臨穩(wěn)定性挑戰(zhàn)和電價(jià)收緊增速或?qū)⒎啪?。低壓?cè)接入的分布式實(shí)現(xiàn)控制難度較大，短期無(wú)法大幅提升消納能力。配置儲(chǔ)能可緩解高滲透率地區(qū)的消納緊缺，在220kV供電范圍內(nèi)的分布式光伏共同配置10%*2h儲(chǔ)能可釋放10%左右消納空間，配置10%*4h儲(chǔ)能可釋放20%左右消納空間，但分布式運(yùn)營(yíng)主體比較分散，且收益為未來(lái)開(kāi)發(fā)空間、而非當(dāng)期電價(jià)收益，若非資源整合的打包開(kāi)發(fā)模式，集中落實(shí)難度較高。
新能源高滲透地區(qū)供過(guò)于求現(xiàn)象日益突出，或?qū)⒌贡齐妰r(jià)機(jī)制調(diào)整。依據(jù)海外經(jīng)驗(yàn)，分布式新能源交易成本大，在負(fù)荷聚合、虛擬電廠等業(yè)態(tài)成熟之前不太可能大規(guī)模參與市場(chǎng)化交易，但監(jiān)管部門推行用戶側(cè)實(shí)行分時(shí)零售電價(jià)、分布式光伏分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)的可能性提升（net metering + TOU凈計(jì)量匹配分時(shí)電價(jià)），滲透率更高時(shí)可能進(jìn)一步調(diào)低分布式上網(wǎng)電價(jià)（net billing凈計(jì)費(fèi)），以此控制供給、引導(dǎo)負(fù)荷向午間轉(zhuǎn)移。我們認(rèn)為，在新能源滲透率高、負(fù)荷峰谷差率大的地區(qū)同時(shí)面臨午間供過(guò)于求及晚間充裕性不足問(wèn)題，電價(jià)機(jī)制調(diào)整為分時(shí)電價(jià)的動(dòng)力更強(qiáng)，這將影響新能源經(jīng)濟(jì)性和滲透速度，同時(shí)大幅提升所在地區(qū)配儲(chǔ)率。
總結(jié)而言，國(guó)內(nèi)低壓端接入的分布式電源缺少調(diào)峰能力的現(xiàn)狀，決定了部分地區(qū)新能源滲透過(guò)程中還沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性供過(guò)于求（供需關(guān)系邊界）和電網(wǎng)調(diào)節(jié)困難（靈活性邊界），但已經(jīng)開(kāi)始觸及安全穩(wěn)定運(yùn)行邊界。短期低壓控制能力不足問(wèn)題較難解決，且高滲透地區(qū)電價(jià)機(jī)制調(diào)整影響經(jīng)濟(jì)性，因此分布式滲透率較高地區(qū)面臨消納瓶頸滲透速度放緩是趨勢(shì)，未來(lái)幾年分布式或向低滲透水平、消納空間充裕地區(qū)擴(kuò)散發(fā)展。
圖表25：部分省份戶用已開(kāi)發(fā)容量及低壓端消納空間估算
注： 1）戶用累計(jì)容量取2023年三季度數(shù)據(jù)；2）消納空間估算僅考慮運(yùn)行穩(wěn)定性邊界（向220kV變壓器反送限制），未考慮電壓越限等其他穩(wěn)定性因素及靈活性限制；3）選取部分農(nóng)村人口較多的省份進(jìn)行測(cè)算 4）分布式消納上限包含低壓端接入的戶用及中壓端接入的不可控工商業(yè)項(xiàng)目
資料來(lái)源：《各省級(jí)電網(wǎng)典型電力負(fù)荷曲線》，各省電力公司，國(guó)家能源局，中金公司研究部
